Ядра конденсації

Питання:. В чому ризниця між гомогенної та гетерогенної конденсацієй

Гомогенна та гетерогенна конденсації.

Питання: Що таке потрійною точки на діаграма рівноваги фаз.

Гомогенна конденсація - це конденсація водяної пари у чистому повітрі.

Спостереження у лабораторних умовах у спеціальних камерах (камери Вільсона) показують, що конденсація водяної пари в абсолютно чистому повітрі може відбуватися тільки при дуже великому пересиченні (від 4 до 8 разів). У чистому повітрі коливання густини водяної пари спричиняє виникнення комплексів молекул, які при певних умовах можуть з’явитися зародками крапель води. В реальній атмосфері пересичення буває меншим за 1%, і конденсація водяної пари у чистому пересиченомуповітрі, супроводжується виникненням дуже дрібних крапель, які є нестійкими утвореннями. Зародкова крапля може виникнути, тількі тоді коли об’єднаються 5 і більше молекул водяної пари. Загальна поверхня виникає за рахунок енергії, що виділяється при фазовому переході. А у цьому разі вона дуже мала і більшість зародкових крапель руйнуються.

Зародкові краплі можуть незначно укрупнюватися за рахунок зіткнення при турбулентних рухах, електричного притягнення. Але радіус таких крапель має порядок менший ніж 10^-7 см. Однак, спостереження показують, що у хмарах існують краплі значно більшого радіусу. Це свідчить, що реальна атмосфера не є гомогенним середовищем. Вона утримує велику кількість аерозольних частинок, деякі з котрих можуть виступати у ролі зародків нової фази.

Гетерогенна конденсація - конденсація на аерозольних частинках, що є ядрами конденсації. Тверді змочуючи частинки спонтанно покриваються водяною плівкою, а соляні частки абсорбують молекули водяної пари і перетворюються у краплі розчину солі. В обох випадках молекули водяної пари будуть конденсуватися вже на готовій рідкій поверхні порівняно великого зародку. При цьому відпадає необхідність витрати енергії на утворення первинної асоціації молекул, об’єднаних загальною поверхнею, тобто зародкової краплі.

Ядра конденсації - аерозольні частинки, на яких відбувається конденсація водяної пар в атмосфері.

Нерозчинніі (які змочуються) - частинки грунту, диму, органічних речовин, мікроорганізми. Вони виникають при вивітрюванні земної поверхні, при лісових пожежах, вулканічній діяльності тощо. Кількість їх в атмосфері складає біля 20%. Такі частинки спонтанно абсорбують вологу і в залежності від ступеня змочуваності вкриваються молекулярним, або більш товстим, шаром води.

Розчинні гігроскопічні - дрібні частинки морської солі, які виникають при випаровуванні морських бризок і піни. Частинки морської солі складаються із 78% NaCl і 12% MgCl₂ і вільно плавають у повітрі. Частинки дуже гігроскопічні і швидко розчиняються. Загальна кількість ядер конденсації морського походження складає 20%.

Продукти спалювання надходять в атмосферу при спалювання вугілля, в якому знаходиться від 0,3 до 20% сірки. При спалювання виникає двооксид сірки SO₂, який при окислюванні перетворюється в сірчаний ангідрид SO₃, а потім у сірчану кислоту Н₂SO₄, розчинну і дуже гігроскопічну. Продукти опалювання складають 40% від загальної кількості ядер конденсації.

На інши частинки невідомого походження приходиться 20%.

Концентрація ядер конденсації в атмосфері (n см^-3) коливається у широких межах. Над океаном і горами середня концентрація 900 см^-3_, у сільській місцевості - 10000 см ^-3., невеликих непромислових містах - 35000 см ^{- 3}, у великих містах > 150000 см^-3.

Розміри ядер конденсації:

- ядра Айткена - радіус 5×10^-7- 2×10^-5 см. Поводяться в атмосфері як молекули, ніколи не осідають. Значно переважають в атмосфері, їх вміст до 98%;

- крупні ядра з радіусом 2×10^-5 - 10^-4 см;

- гігантські ядра з радіусом більшим за 10^-4 см. Складають основну масу сухого аерозолю в атмосфері.

Концентрація ядер конденсації в атмосфері, як і кількість частинок аерозолю, зменшується за висотою експоненційно. Вона має добовий і річний хід, що пояснюється ходом температури і ступеню розвитку турбулентності. Вдень у нижніх шарах вона менша ніж у верхніх, бо розвинені турбулентні рухи уносять аерозоль угору. Вночі в умовах приземної інверсії нижній шар забруднено викидами. У річному ході зимовий період відповідає по розподілу нічному, а літній (денному.

Питання: Із чого состоят розчинні гігроскопічні ядра конденсації

6. Конденсація водяної пари у природних умовах

Конденсація водяної пари починається за умову, що у повітрі е > Е. Тиск насичення водяної пари над поверхнею залежить від інтенсивності випаровування, яке у свою чергу залежить від кривизни випарної поверхні. У природі існує три види поверхонь: опукла, плоска та увігнута.

Відношення EMBED Equation.DSMT4 – це відносна вологість пересичення, яка відповідає радіусу краплі. Над дрібними краплями (r < 10−4 мкм) повинні бути значні пересичення, щоб вони не випаровувались, а зростали. Тільки при радіусі EMBED Equation.DSMT4 = 1 мкм вплив кривизни поверхні виявляється незначним, бо EMBED Equation.DSMT4 100,12 %. У хмарах і туманах відносна вологість близька 100%, оскільки відносно стійкі краплі мають радіус 1 мкм і більший.

Відношення EMBED Equation.DSMT4 має ще назву, рівноважної відносної вологості. Практично EMBED Equation.DSMT4 розраховується по температурі поверхні, що випаровує, а EMBED Equation.DSMT4 – по температурі повітря. Для цього використовують формули Магнуса або психрометричні таблиці.

Крім температури і кривизни поверхні, що випаровує, на величину тиску насичення водяної пари впливає солоність води. Вона зменшує тиск насичення.

Рівноважна відносна вологість водяної пари над розчинами солі та кривою поверхнею визначається за формулою

EMBED Equation.3, (4.11)

де Еrm – тиск насиченої пари над краплею розчину; rm – радіус краплі насиченого розчину солі; r – радіус краплі з розчином, яка виросла із краплі радіусом EMBED Equation.3; EMBED Equation.DSMT4 – коефіцієнт, який враховує зменшення тиску насиченої пари над насиченим розчином солі (для солі NaCl EMBED Equation.DSMT4).

Якщо в атмосфері відносна вологість більша за рівноважну, буде відбуватися конденсаційне зростання краплі, тобто умова конденсації EMBED Equation.DSMT4 .

Критичний розмір краплі , яка сформувалась і може існувати не випаровуючись і зростати далі, можна знайти із умови

. (4.12)

де С = [Дж/м² ] залежить від коефіцієнта поверхневого натягу s

Дата добавления: 2014-11-29